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嘉峪檢測網(wǎng) 2022-09-16 11:03
他叫王添路，本科畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學，隨后前往瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學讀研。目前，王添路在碩士同校以及馬克斯普朗克智能系統(tǒng)所讀博，預計今年年末畢業(yè)。師從世界著名微小尺度機器人先驅(qū)梅廷·西蒂教授。
近日，他和所在課題組利用無線磁控的軟體機器人，針對在微創(chuàng)手術(shù)中導絲或?qū)Ч芎茈y達到遠端血管執(zhí)行治療的問題，提供了一種可靠的解決方案。
在臨床手術(shù)中，基于導絲、導管的微創(chuàng)手術(shù)方案，已經(jīng)體現(xiàn)出非常明顯的優(yōu)勢，例如更小的創(chuàng)面、更快的愈合時間、更小的術(shù)后感染率和術(shù)后并發(fā)癥幾率等。
這種手術(shù)方案已被用于心血管、腦血管、以及外周血管的疾病治療，例如局部藥物遞送、支架植入、血管成形和血管栓塞等。
在手術(shù)進行時，醫(yī)生要將一根細而長的導管，從上肢或下肢通過切口送入人體，并在 X 光成像下經(jīng)過動脈系統(tǒng)，將導管遞送到目標位置。
然而，位于遠端的血管例如位于大腦外側(cè)的大腦中動脈的皮層支，因其更遠的遞送距離、更大的曲折度、以及更薄的血管壁構(gòu)成，導致當下依然很難憑借導絲、或?qū)Ч軐崿F(xiàn)有效的觸達。
如果強行送入，會造成血管破裂等嚴重并發(fā)癥。與此同時，遠端動脈附近有很多危及生命的疾病，例如腦瘤、血管瘤、血管堵塞、動靜脈畸形等。
其中，最為惡性的腦瘤一般都存在于該區(qū)域。因此，一種能有效、順利地到達遠端區(qū)域，并執(zhí)行醫(yī)療功能的設(shè)備是非常必要的。
為此，該團隊基于磁控軟體機器的優(yōu)越性，例如無線驅(qū)動的特性、以及與人體交互的安全性，設(shè)計了毫米尺度的支架狀軟體醫(yī)療設(shè)備——Stentbot。
（來源：Nature Communications）
研究中，課題組利用外部三維磁場控制，即通過機械臂的空間運動與末端旋轉(zhuǎn)的永磁鐵、以及支架狀的特殊設(shè)計，讓 Stentbot 能在不同直徑的管腔下，進行自適應的形狀變化，從而可以順流于或逆流于脈動流有效運動。此外，其還能被精準控制，從而具備通過分支、以及彎曲路徑的能力。
逆流運動的重要性在于，當醫(yī)療功能執(zhí)行完畢后，這款軟體醫(yī)療設(shè)備可以離開目標區(qū)域，進而被予以回收。更重要的是，Stentbot 的自適應變形實現(xiàn)了其在高速管流下的“自鎖”能力。即使外部磁場撤離，Stentbot 也能錨定在局部位置執(zhí)行醫(yī)療功能。
在體外動物器官實驗中，該設(shè)備的運動能力已經(jīng)得到證實。在已有運動能力系統(tǒng)實驗和理論建模的基礎(chǔ)上，該團隊已經(jīng)實現(xiàn)如下兩種醫(yī)療功能：分別是用于治療血栓的局部藥物遞送、以及用于治療血管瘤的血液分流。相關(guān)實驗，也證明了這些功能的可行性。
（來源：Nature Communications）
近日，相關(guān)論文以《自適應無線微型機器人運動進入遠端脈管系統(tǒng)》為題，發(fā)表在 Nature Communications 上。
王添路擔任第一作者，馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所物理智能部胡文琪博士以及梅廷·西蒂教授擔任共同通訊作者。評審專家認為，此次基于小尺度磁控設(shè)備的治療方法，具備很高的創(chuàng)新性與前景。
在立項之初，課題組的目標在于利用小尺度磁控軟體醫(yī)療機器人/設(shè)備，來解決一些實際性臨床問題。王添路表示：“我們課題組的交叉學科氛圍，為此次項目提供了很好的契機。通過與組內(nèi)具備生物醫(yī)療背景的同事、以及和合作醫(yī)院醫(yī)生的交流，我們很快確定了研究方向——即面向遠端血管做探索。”
隨后，針對目標區(qū)域的生理特征與需求，例如適用區(qū)域的血管的管徑大小、流量情況、幾何形狀等，該團隊開始進行相關(guān)設(shè)計，最終確定了毫米級別軟體醫(yī)療設(shè)備的形式。
基于這種形式，他們又設(shè)計出三維空間內(nèi)的無線磁驅(qū)方案。針對這些方案，課題組先是在一些由聚合物制成的醫(yī)療假體系統(tǒng)中進行測試，并在動物體外器官中確認。
接下來，其又根據(jù)實驗現(xiàn)象開展理論建模與分析，借此探索該設(shè)備在特種環(huán)境下的運動機理與功能機理，后又對設(shè)備做了進一步迭代。此次成果的目標與主要應用前景在于：進入遠端血管并用于治療多種潛在疾病，例如血栓、血管瘤、腦瘤等。
（來源：Nature Communications）
王添路表示：“我們的軟體設(shè)備設(shè)計、以及整體的機器人磁控系統(tǒng)設(shè)計，均面向上述目標?；诋斍肮ぷ鳎覀円呀?jīng)提交了兩份專利申請。期待在不久的將來，能將這項技術(shù)進行成果轉(zhuǎn)化。”
同時，他還表示自己所在的課題組，目前的一個大方向是打造面向醫(yī)療應用的小尺度磁控軟體機器人。
“為此，我們時常要和來自醫(yī)院的合作者交流。期間我發(fā)現(xiàn)面對同樣的科學問題和實驗現(xiàn)象，不同領(lǐng)域的人會有不同的解讀。比如，在評估每一款新興醫(yī)療產(chǎn)品時，真正臨床操作的醫(yī)生會更傾向于用概率的方式去衡量，并會考慮病人的個體差異，講究具體情況、具體分析。”王添路說。
（來源：Nature Communications）
而他和同事作為科研人員，更多會在一個廣泛的范圍內(nèi)，來說明當前成果相比之前的優(yōu)越性?？偠灾?，在跨學科交叉的大背景下，對研究方向分別做以具體和廣泛的討論，可以激發(fā)更多新想法。
目前，王添路正和同事開展后續(xù)工作，主要目標之一在于：在更真實的環(huán)境中，測試本套系統(tǒng)的可行性與優(yōu)越性。
參考資料：
1.Wang, T., Ugurlu, H., Yan, Y. et al. Adaptive wireless millirobotic locomotion into distal vasculature. Nat Commun 13, 4465 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-32059-9
來源：DeepTech深科技
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